新工科背景下農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)新模式探究與實(shí)踐

關(guān)鍵詞：新工科；農(nóng)業(yè)電氣化；教學(xué)改革

0引言

2017年，教育部啟動(dòng)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，使得“新工科”建設(shè)成為當(dāng)務(wù)之急，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義[1-2]。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)是我國(guó)著名高等農(nóng)業(yè)學(xué)府，2019年山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院合署改革，成立了新的山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，學(xué)校以建設(shè)成為“國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際有影響、地域特色鮮明的高水平研究應(yīng)用型大學(xué)”為奮斗目標(biāo)。農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)是省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，本文在新工科背景下以山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)建設(shè)為例，對(duì)該專業(yè)新模式建設(shè)進(jìn)行了探討與實(shí)踐研究。

1修訂培養(yǎng)方案

農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)是研究農(nóng)村電力系統(tǒng)及自動(dòng)化技術(shù)、農(nóng)業(yè)裝備和產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造的自動(dòng)化技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合性應(yīng)用學(xué)科，是推進(jìn)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，是我國(guó)全面實(shí)施農(nóng)村電氣化的重要保障。新工科背景下，根據(jù)《教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》，遵循教育部“寬口徑、厚基礎(chǔ)、淡化專業(yè)、重在素質(zhì)教育”的人才培養(yǎng)原則，面對(duì)農(nóng)業(yè)電氣化及其相關(guān)領(lǐng)域的需求，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，具有良好科學(xué)、文化素養(yǎng)，強(qiáng)烈的愛(ài)國(guó)敬業(yè)精神和良好的職業(yè)道德，能引領(lǐng)和支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)電氣化行業(yè)和社會(huì)發(fā)展需要，具備扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和工程創(chuàng)新實(shí)踐能力，掌握農(nóng)業(yè)電氣化領(lǐng)域所需的電力系統(tǒng)、自動(dòng)化、信息處理和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面的知識(shí)及技能，富有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神、社會(huì)責(zé)任感和“三農(nóng)”情懷的寬口徑、復(fù)合型工程技術(shù)人才，2020年進(jìn)行了該專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂[3-4]。修訂后的培養(yǎng)方案中，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和選修課占總學(xué)分比例分別調(diào)整為30%和18%，加大了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)所占比例。

為了突出農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)特色學(xué)科——主要研究農(nóng)村電力系統(tǒng)、農(nóng)用電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)等方面的基本知識(shí)和技能，對(duì)農(nóng)村進(jìn)行供電及電器普及，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村和農(nóng)業(yè)的電氣化，縮小城鄉(xiāng)差距。專業(yè)課程架構(gòu)如表1所示。除了以往必修課程外，開(kāi)設(shè)了農(nóng)村電力網(wǎng)規(guī)劃、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、農(nóng)村新能源發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)和農(nóng)業(yè)信息技術(shù)等特色專業(yè)課。

為了增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力，除了傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)外，原來(lái)為期3周的電力工程課程設(shè)計(jì)拆分為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)、電力電子綜合課程設(shè)計(jì)和電力系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)3個(gè)課程設(shè)計(jì)，并且對(duì)主干課程——模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)和電機(jī)與拖動(dòng)分別增加了課程設(shè)計(jì)模塊。

2教學(xué)模式改革

2.1融入課程思政

根據(jù)新的培養(yǎng)方案，將思政元素和知農(nóng)愛(ài)農(nóng)思想全面融入到農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)的課程中，重新編寫(xiě)了教學(xué)大綱[5]。教學(xué)大綱與課程目標(biāo)緊密結(jié)合，深入挖掘思政元素，增加了課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)。以自動(dòng)控制基礎(chǔ)課程和電力電子技術(shù)課程為例，自動(dòng)控制在我國(guó)的發(fā)展源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，可從中發(fā)掘典型的人和物，突出我國(guó)自動(dòng)控制發(fā)展的偉大成就，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感；電力電子技術(shù)可結(jié)合高鐵中大功率器件的應(yīng)用、供電系統(tǒng)等，觸發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的發(fā)展觀和奮斗精神[6]。

2.2改革教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)新工科專業(yè)多學(xué)科交叉融合的特征，對(duì)農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容做以下方面的改革[7]。一是強(qiáng)調(diào)通識(shí)必修課程的基礎(chǔ)作用，進(jìn)一步優(yōu)化課程體系，開(kāi)設(shè)了“四史”教育、人文素養(yǎng)與文化傳承、藝術(shù)鑒賞與審美體驗(yàn)、社會(huì)發(fā)展與當(dāng)代中國(guó)、自然科學(xué)與工程技術(shù)、農(nóng)業(yè)發(fā)展與生態(tài)文明和創(chuàng)新精神與創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等通識(shí)選修課程，為后續(xù)專業(yè)課多學(xué)科交叉融合奠定基礎(chǔ)。二是將農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)領(lǐng)域前沿知識(shí)和電氣工程、農(nóng)業(yè)工程相關(guān)學(xué)科交叉知識(shí)融人課堂，開(kāi)設(shè)了農(nóng)村新能源發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)等課程，以開(kāi)拓學(xué)生的視野。三是將教師的科研融人教學(xué)，將生態(tài)畜牧生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)集成與裝備、溫室智能化精細(xì)生產(chǎn)技術(shù)與裝備研發(fā)、燕麥、蕎麥多樣化收獲技術(shù)與裝備研發(fā)等應(yīng)用案例覆蓋整個(gè)專業(yè)教學(xué)內(nèi)容。

2.3改善教學(xué)手段

以自動(dòng)控制基礎(chǔ)為例，主要從以下方面進(jìn)行教學(xué)手段的改革。一是依托山西農(nóng)業(yè)大學(xué)泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，建立線上線上混合式教學(xué)模式。依托學(xué)習(xí)通平臺(tái)建立精品課程資源，提前發(fā)布教學(xué)內(nèi)容，以此作為學(xué)生課外學(xué)習(xí)資源[9]。二是多媒體+板書(shū)相結(jié)合的教學(xué)手段，農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)課程大多煩瑣而復(fù)雜，自動(dòng)控制基礎(chǔ)數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，在課堂教學(xué)中，根據(jù)課程需要，適時(shí)地采用多媒體或板書(shū)。對(duì)于公式推導(dǎo)、過(guò)程分析可采用板書(shū)逐層推進(jìn)；對(duì)于新技術(shù)新設(shè)備可采用多媒體進(jìn)行實(shí)物圖展示。三是啟發(fā)式教學(xué)。課堂教學(xué)中，通過(guò)設(shè)計(jì)思考題、增加互動(dòng)環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)課堂，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

3加大實(shí)驗(yàn)實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

使學(xué)生具有專業(yè)實(shí)踐能力、具有運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是大學(xué)本科教學(xué)的基本要求之一[6]。根據(jù)《教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》《教育部、工業(yè)和信息化部、中國(guó)工程院關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》，要求大力加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)。2020年山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)被評(píng)為省級(jí)一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)后，學(xué)院加大了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)支持力度，人才培養(yǎng)方案的修訂中加大了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)分所占比例。著重從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的改革。

（1）農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。新購(gòu)了電路、模擬電子技術(shù)、自動(dòng)控制基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，圖1為學(xué)生在新設(shè)備上做電力電子實(shí)驗(yàn)，并用示波器觀察波形，圖2為學(xué)生用基于LABVIEW的自動(dòng)控制系統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)，圖3為學(xué)生在新實(shí)驗(yàn)臺(tái)做電子實(shí)習(xí)。

（2）增加實(shí)驗(yàn)課學(xué)分，對(duì)一些課程增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)由原來(lái)的25學(xué)分增加為36學(xué)分，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)占總學(xué)分的比例由原來(lái)的24%增加到30%，充分保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程教學(xué)時(shí)間[10]。

（3）增加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。在完成原有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)每門課程增加1～2個(gè)設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生挑戰(zhàn)農(nóng)業(yè)電氣化學(xué)科前沿問(wèn)題。

（4）加強(qiáng)校企合作，建立校外實(shí)訓(xùn)基地。與國(guó)網(wǎng)山西省電力公司太谷分公司長(zhǎng)期合作，通過(guò)邀請(qǐng)企業(yè)配電室一線負(fù)責(zé)人講解、帶領(lǐng)學(xué)生參觀高壓配電室等方式，加深學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)、繼電保護(hù)、工廠供電等專業(yè)課的認(rèn)識(shí)。還積極與平遙減速器廠、吉利汽車合作，建立校外實(shí)訓(xùn)基地。

（5）科研反哺實(shí)踐教學(xué)。農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)科研方向與農(nóng)業(yè)智能裝備領(lǐng)域息息相關(guān)，如高效節(jié)能溫室和智能化精細(xì)調(diào)控技術(shù)與裝備研發(fā)、燕麥和蕎麥多樣化收獲裝備研發(fā)與示范、溫室小氣候監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)及自走式蕎麥聯(lián)合收獲機(jī)研發(fā)等。教師把在科研中遇到的實(shí)際問(wèn)題、解決方案等與學(xué)生分享，將科研成果融人實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生參與到實(shí)際項(xiàng)目中來(lái)。

（6）支持大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目，鼓勵(lì)大學(xué)生參加創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽。積極提供硬件條件，選派富有經(jīng)驗(yàn)的教師作為指導(dǎo)教師，組織學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

4教師隊(duì)伍建設(shè)

教師隊(duì)伍是學(xué)科專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的關(guān)鍵，新工科要求教師知識(shí)面上不僅要拓展到教學(xué)任務(wù)之外的相關(guān)課程，還要尤其關(guān)注與本專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展[7]。為了優(yōu)化農(nóng)業(yè)電氣化教師隊(duì)伍，以適應(yīng)新工科建設(shè)發(fā)展要求，從以下5個(gè)方面進(jìn)行教師隊(duì)伍建設(shè)：一是大力引進(jìn)青年教師，注重有電氣工程和農(nóng)業(yè)工程交叉學(xué)科背景，另外還要考慮每位教師的發(fā)展?jié)摿Γ欢且越萄惺覟閱挝?，富有?jīng)驗(yàn)的老教師帶年輕教師建立課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)；三是有針對(duì)性地提升教師的能力和素質(zhì)，建立完善的教師培養(yǎng)機(jī)制，組織教師定期培訓(xùn)或者去一線高新技術(shù)企業(yè)或行業(yè)前沿科研院所掛職；四是根據(jù)農(nóng)業(yè)院校新工科農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)的特點(diǎn)，制定教師考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；五是聘請(qǐng)具有農(nóng)業(yè)電氣化領(lǐng)域一線工作經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員到高校授課，實(shí)現(xiàn)高校與企業(yè)之間的有效交流。

5教學(xué)改革實(shí)踐效果

新工科背景下，農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)實(shí)施教學(xué)改革以來(lái)，取得了一系列教學(xué)成果。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程被評(píng)為校級(jí)課程思政典范，自動(dòng)控制理論課程獲批校級(jí)一流課程。近3年，1名教師獲全國(guó)模范教師稱號(hào)，2名教師分獲國(guó)家級(jí)教學(xué)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)，核心期刊發(fā)表教改論文數(shù)篇，獲批省級(jí)教改項(xiàng)目7項(xiàng)，校級(jí)教改項(xiàng)目3項(xiàng)。2020年農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)被評(píng)為山西省一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。

通過(guò)近3年專業(yè)建設(shè)教學(xué)成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，學(xué)生參加雙創(chuàng)及創(chuàng)新項(xiàng)目獲國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，二等獎(jiǎng)5項(xiàng)，三等獎(jiǎng)10項(xiàng)；獲批實(shí)用新型發(fā)明專利3項(xiàng)。學(xué)生參加了全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽、2019年首屆全國(guó)大學(xué)生智能機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、2019中國(guó)無(wú)人機(jī)與機(jī)器人應(yīng)用大賽、2019年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽及全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽（山西賽區(qū)）等多項(xiàng)學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)，并獲得優(yōu)異成績(jī)。農(nóng)電專業(yè)學(xué)生多人獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、在核心期刊發(fā)表論文。2020屆學(xué)生考研升學(xué)率為24.03%，2021屆學(xué)生考研升學(xué)率為34%，2022屆學(xué)生考研升學(xué)率為27.59%，而就業(yè)率接近90%，農(nóng)電專業(yè)學(xué)生畢業(yè)生大多數(shù)赴國(guó)家電網(wǎng)或考取選調(diào)生，成為電力行業(yè)技術(shù)骨干和鄉(xiāng)村振興的中堅(jiān)力量。

6結(jié)束語(yǔ)

在新工科背景下，農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)充分利用農(nóng)電行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，深入農(nóng)村電力網(wǎng)系統(tǒng)了解實(shí)際需求，以新工科為契機(jī)，多學(xué)科交叉，完成了農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)新模式的探究與實(shí)踐。重新修訂了培養(yǎng)方案，完成了教學(xué)模式的改革、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力的提升及教師隊(duì)伍建設(shè)，極大提高了教學(xué)質(zhì)量，對(duì)兄弟院校農(nóng)業(yè)電氣化專業(yè)建設(shè)具有一定的借鑒意義。